高聚物注浆技术在高速公路路面深层病害处治中的应用研究

马 磊

（郑州郑少高速公路发展股份有限公司，河南 郑州 450000）

对于高速公路路面深层病害的处治，传统的方式是对道路进行铣刨或开挖，清除病害层位后，再依次回铺路面各结构层。而这种大开大挖的施工方式，需要封闭整个路段，给交通运行带来较大的影响，且基层养生工期长、投资大、经济效益低，在高速公路上已经越来越少被使用。而高聚物注浆技术，因其“非开挖处治深层病害”的特征，具有对车辆通行影响小、工期短、经济效益高的优势，越来越受到高速公路养护工程的青睐。本研究依托高速公路养护工程实例，研究高聚物注浆技术的关键工艺及其对路面深层病害的适用性和处治效果，为高速公路养护的发展积累经验。

1 高速公路路面病害类型和深层病害处治现状

我国的高速公路大部分为沥青路面，采用沥青混凝土面层+半刚性基层的路面结构。随着运营时间的不断增长，路面会注浆出现一系列的病害，多以纵横向裂缝、龟裂、块裂、唧浆、坑槽和松散为主[1-3]。

对于高速公路养护工程来说，如果深层病害处治不彻底，病害会在很短的时间反射至路表，导致沥青路面再次开裂，并不断发展，以致极大地缩短沥青路面的使用寿命[4-5]。因此，对深层病害的分析和处治至关重要。在尝试了各种处治手段后，发现高聚物注浆技术具有较好的适用性。

2 高聚物注浆施工技术关键工艺

高聚物注浆施工工艺：道路封闭→施工前弯沉、雷达检测→施工放线→钻孔→安装注浆管与注浆帽→注浆→注浆后注浆效果检测→封孔。其中一些关键工艺对注浆的效果有着极大的影响。

2.1 道路封闭

我国高速公路一般为双向4 车道、双向6 车道或双向8 车道，高聚物注浆封闭1～2 个车道施工即可，剩余车道仍可通行，可以达到“边施工、变通行”的目的。

2.2 施工前弯沉和雷达检测

施工前需要对病害区进行弯沉和雷达检测，主要有两个目的：一是确定病害位置和路面结构深部病害的走向；二是便于注浆前后对比，判定注浆效果。

能否找准深部病害的位置，是决定注浆是否成功的关键因素之一。对于路面病害，特别是裂缝类病害，通常其往下延伸的方向并不是垂直的，而是斜向的。也就是说，在路表面上看到的病害位置，与路面深处的病害位置，并不是在一个垂线上。然而，注浆孔是垂直的，如果在路表面病害的位置进行注浆，则浆液从路裂缝在路表的位置，沿裂缝往下流动，很可能无法达到深部病害的位置。要达到良好的注浆效果，必须让浆液直达深部病害位置，然后沿裂缝从下往上流动，从而挤出空气，充分充填裂缝和旁边的空隙。探地雷达检测技术恰好能有效解决这个问题，其具有很高的检测精度，能对路面结构深部病害的位置进行准确定位，从而有效指导注浆孔的位置。探地雷达检测技术与高聚物注浆的有效结合提高了注浆效果和注浆成功率，见图1。

图1 病害位置与注浆孔位置

2.3 施工放线

过去对于裂缝类注浆孔的布置，因未采用雷达检测技术来确定深部病害位置，通常在裂缝两侧间距20～50 cm 处布置2 排注浆孔，不管深部裂缝往哪个方向偏，总会有一侧的注浆孔会注到正确的位置。但实际上，裂缝在深部的延伸方向、延伸角度和延伸距离都具有不确定性，采用这种“靠运气”的方式，注浆的成功率往往会打折扣，而且有一半的注浆孔被浪费。采用探地雷达检测技术后，可以准确判定病害在基层、底基层的位置，沿该位置布置注浆孔，仅需要布置1 排注浆孔，就可以达到比以往2 排注浆孔更好的注浆效果，见图2。对于裂缝类病害，通过探地雷达检测定位，沿病害在基层、底基层的位置，布置1 排注浆孔，注浆孔间距为50 cm；对于大片的路面结构脱空、疏松病害等，根据病害区域，按梅花桩的方式布置钻孔，间距为1 m，见图3。

图2 裂缝类病害注浆孔布置

图3 范围类病害注浆孔布置

2.4 钻孔

根据标记的注浆孔位置进行钻孔，钻孔直径为2 cm，钻孔深度需要达到路面结构以下5 cm。钻孔后的清孔工作非常重要，如果清孔不彻底，钻孔后孔内的粉尘会堵塞裂缝，影响浆液的流动能力。根据相关工程经验，采用吸尘设备，接细管插入钻孔内吸取粉尘，清孔效果较好。

2.5 安装注浆管和注浆帽

注浆管采用PVC 管，PVC 管具有柔韧性好和利于切割的优点。注浆管直径为2 cm，与钻孔直径大小相同，长度为20 cm，塞入钻孔后，要与孔壁紧密贴合，避免浆液从空隙中涌出。然后将注浆帽安装在注浆管上，用铁锤敲入，安装前需将注浆帽内上次注浆残留的部分清除干净。

2.6 注浆

注浆枪连接2 条注浆管，分别将A、B 组分材料同时注入注浆帽内，充分混合，混合后的注浆材料经注浆管流入病害区域的裂缝、空隙中，在10～20 s 后，开始发生固化反应，形成固体。注浆压力一般为3～7 MPa，要根据每条高速的具体病害特征和试验段效果确定合适的注浆压力。

注浆过程中，注浆压力的控制十分重要，这是决定注浆是否成功的关键因素之一。如果压力过低，注入的浆液太少，就会对病害区域填充不完全，影响处治效果；而如果注浆压力过高，注入的浆液太多，在有限的裂缝、空隙空间内，其固化反应产生的膨胀力就会过大，从而将路面顶起。特别是对于层间黏结不好的路面，浆液在高压下极易进入层间，更容易将路面顶起，对于具有这类特征的路面，在注浆压力的控制方面就需要更加谨慎。

2.7 注浆后注浆效果检测

注浆完成后，将露出路面的注浆管切掉，养身15～20 min 后即可进行注浆效果检测。一共有3 种方法来检测注浆效果，分别为雷达复检、弯沉复检、取芯抽检，一般按照以下的原则进行检测。对注浆位置进行雷达检测，将检测结果与注浆之前的雷达检测结果进行对比，如果注浆后雷达图谱上病害位置的异常已经明显减弱，则表明浆液填充完满。对注浆位置进行弯沉检测，并与注浆前的完成进行对比，注浆后弯沉值应有明显的减小，一般以减少超过30%或小于原设计弯沉为准。对注浆位置的取芯抽检是判断注浆效果最直观的检测方式，但由于取芯会对路面造成一定的破坏，因此检测频率不宜过高，一般为病害数量的5%。注浆后，通过这3 种检测方法相结合的方式，综合判定是否达到要求，对于达不到要求的，需要及时进行补注。

2.8 封孔

注浆完毕后，为了避免雨水进入，并保持路面的形象，需要采用灌缝胶对注浆孔进行封闭。

3 工程实例

以某高速公路路面养护工程为依托，对高聚物注浆的效果进行研究。该高速公路长约53 km，双向4车道，设计速度100 km/h，为山岭重丘区高速公路，2003 年建成通车，采用（4+6+8）cm 沥青混凝土面层、（17+17）cm 水泥稳定碎石基层+18 cm 石灰稳定土底基层，原设计弯沉值为26。该高速公路由于路面破损比较严重，于2020 年进行路面修复养护工程，采用对纵、横向裂缝等基层、底基层病害进行高聚物注浆后，整体铣刨重铺上、中面层的方案。

3.1 病害特征

该高速公路病害主要分为两大类，第一类是龟裂、块裂、车辙等浅层病害，第二类为横向裂缝、纵向裂缝、基层层间脱空、疏松等深层病害。其中龟裂、块裂由上而下，病害位于上面层和中面层，车辙主要为上、中面层的挤密型车辙；横向裂缝主要为基层温缩开裂导致的基层反射裂缝，纵向裂缝主要是因路堤承载不均匀和路基不均匀沉降导致的基层开裂，并反射至面层。而横向裂缝、纵向裂缝上窄下宽，基层位置裂缝宽度可达1～3 cm，且裂缝两侧存在基层层间的脱落、疏松现象。

3.2 路面结构强度

用落锤式弯沉仪进行检测，每隔50 m 测点，全线平均弯沉值为9.83（单位为0.01 mm），平均代表弯沉值为15.8。整体路面结构强度较好，但在纵向和横向裂缝位置，弯沉值较大，可达30～50，表明病害位置的基层的损坏、层间脱空、疏松，已经影响到该位置的路面结构强度。

3.3 注浆方案

对每条纵向和横向裂缝进行手推雷达检测，沿垂直裂缝方向每隔50 cm 布置1 条测线，每个车道共布置7 条测线。对雷达检测显示路面深部有明显异常的，说明该裂缝为基层、底基层反射裂缝且病害比较严重，判定为需要注浆，同时标记每个注浆孔的位置。注浆前对该裂缝处进行弯沉检测，每条裂缝测3 点取平均值作为该条裂缝注浆前弯沉。注浆后同样进行雷达和弯沉检测，以便进行对比，同时进行取芯抽检，加以验证。

3.4 注浆效果分析

3.4.1 雷达检测 对比注浆前后的雷达检测图谱，可以看出注浆前雷达图谱上显示的异常的位置，注浆后异常已经明显减轻。说明异常位置对应的裂缝、脱空、疏松区域被高聚物注浆材料填充，但由于高聚物材料与路面结构材料的密度不一样，因此雷达图谱异常只是减弱，并不会完全消失。

3.4.2 弯沉检测 选取其中某1 km 的注浆前、后弯沉数据，共计24 条横向裂缝、3 条纵向裂缝注浆。根据检测结果发现，注浆前弯沉值较大的，注浆后弯沉值减小幅度较大；注浆前弯沉较小的，注浆后弯沉值减小有限。注浆前平均弯沉为35.1，注浆后平均弯沉为23.2，注浆后弯沉值平均减小31.4%，路面结构强度明显改善；但对比其他未损坏位置的弯沉（15 左右），说明高聚物注浆对路面结构强度具有明显改善作用，但并不能使其恢复到损坏发生前的程度，见图4。

图4 注浆前后弯沉值分析

3.4.3 取芯抽检 对高聚物注浆进行骑缝抽检，从取出的芯样可以看出，注浆材料完全充满裂缝和层间脱空区域，并将损坏的路面结构黏结在一起，提升路面结构的整体性。

3.5 整体工程效果

对深层病害注浆后，再对面层进行整体铣刨重铺，采用这种表面层功能性恢复+深层病害局部处治的方式，路面技术状况得到了极大的提升，且维持时间较长，至今为止尚未有病害反射的迹象，具有较好的处治效果和经济效益。

4 结论

高聚物注浆技术对路面结构深层的裂缝、脱空、疏松病害具有较好的填充和封水作用，并起到一定的加固作用，能有效延缓病害向上反射的速度，适用于对高速公路深层局部病害的处治。结合表面层的功能性恢复措施，如铣刨重铺、薄层罩面、加铺罩面和热再生等措施，能较好地恢复路面技术状况，延长道路使用寿命，具有较好的实用效果和经济效益。但对于路面结构整体强度较差、“先天不足”的道路，目前尚无太多的工程实例表明高聚物注浆具有较好的作用，需慎用。同时高聚物注浆施工具有隐蔽性，需加强施工管理和注浆效果检测，才能达到预期的目的。